异地拆建天然气蒸汽转化炉炉管施工方法

摘要

异地拆建天然气蒸汽转化炉炉管施工方法，属于化工设备搬迁领域，其特征是下集气管拆卸时，将每排下集气管切割成北、中、南三段，其中北段有19根转化管、中段有14根转化管和1根上升管，南段有19根转化管；切口位于上升管的外伸段与过渡段的焊缝处。本发明搬迁成本低且搬迁后能够安全高效地投入运行。

说明书

技术领域

本发明属于化工设备搬迁领域，具体涉及异地拆建天然气蒸汽转化炉炉管施工方 法。

背景技术

美国凯洛格公司生产的40万吨合成氨装置，其一段转化炉是大型合成氨装置的关 键设备，其辐射段炉管工作压力高达3.5MPa，温度920℃，处理介质为富氢气体。转化炉炉 管中的转化管分、上升管、下集气管，上升管、下集气管的材质均为Incoloy800，系奥氏体耐 热不锈钢，此种材质具有良好的高温耐氧化性能、耐氯离子应力腐蚀。辐射段共有转化管 416根，分8排，每排52根，转化管下部与下集气管垂直焊接成为竖琴管；上升管8根，每排1 根，位于每排竖琴管中部。单排竖琴体上部由26支弹簧承吊，每支弹簧承吊两根转化管，均 匀受力。

由于企业的经营需求，需要将合成氨装置从甲地搬迁到乙地，搬迁费用高。

发明内容

为了降低搬迁费用，确保转化炉后期安全高效地投入运行，本发明提供搬迁成本 低的异地拆建天然气蒸汽转化炉炉管施工方法。

异地拆建天然气蒸汽转化炉炉管施工方法，包括下述内容：

（1）下集气管拆卸时，将每排下集气管切割成北、中、南三段，其中北段有19根转化管、 中段有14根转化管和1根上升管，南段有19根转化管；切口位于上升管的外伸段与过渡段的 焊缝处；

（2）下集气管焊接之前清除坡口内壁、外壁周围20mm范围内氧化腐蚀层厚度是0.5mm； 下集气管采用手工氩弧焊接，下集气管内进行充氩保护，即借用焊口附近的两支转化管，从 一支转化管的猪尾管通入纯度≥99.96%的氩气，另外一支转化管作为出气口；焊口处用纸 胶带密封，边焊接边去除纸胶带；距离下集气管管口250mm位置内壁黏贴两层纸，以达到密 封氩气的作用；

（3）下集气管焊接温度是900℃，焊接压力是3.5Mpa，焊接过程保持恒温恒压，焊接材 料是Incoloy-800H合金材料，填充层和面层采用直径是2.4mm的焊条；焊后将施焊部位的温 度升高至1100℃，恒温20min，然后用水冷降温；

（4）上升管焊接温度是920℃，焊接压力是3.5Mpa，焊接材料是Incoloy-800H合金材 料；

（5）猪尾管与转化管之间焊接采用猪尾管专用焊接工具焊接；猪尾管与转化管之间的 焊接材料的质量百分比是铝为20%，氧化铁为60%，锰为2%，铬为0.6%，硅为1%，钼为0.4%，余 量为铁；

猪尾管与转化管之间焊接参数：焊接电流：5~6安培，维弧电流：2.4安培，焊接速度：8~ 9mm/s，离子气流量：0.2~0.3L/min，压缩喷嘴孔径：0.8~1mm，压缩喷嘴到焊缝之间的距离： 1.2mm。

猪尾管专用焊接工具，包括手持绝缘套、把手、钳头，手持绝缘套内设置电流调节 器；电流调节器通过无线发射器与电流控制装置的无线接收器连接；

所述电流调节器由按钮、锁紧器、按钮接触板、充电电池、充电线圈组成，按钮连接按钮 接触板，充电电池连接充电线圈，充电线圈连接电缆线，锁紧器设置在按钮的一侧；锁紧器 由滑槽、滑板、弹珠组成，滑板设置在滑槽内，滑槽固定在绝缘套上，滑槽设有弹珠，滑板上 设有缺口槽；

所述电流控制装置由摇把、丝杆、铁芯、线圈、第一齿轮、第二齿轮、电机、电源组成，丝 杆的一端连接摇把，丝杆的另一端连接铁芯，线圈固定在电焊机的壳体上，第一齿轮安装在 丝杆上，第二齿轮与第一齿轮啮合，第二齿轮安装在电机的输出轴上，电机连接电源，电源 连接无线接收器。

本发明搬迁成本低且搬迁后能够安全高效地投入运行。

附图说明

图1是本发明下集气管焊接充氩保护示意图。

图2是本发明上升管坡口加工及组焊示意图。

图3是本发明中猪尾管专用焊接工具的结构图。

图4是本发明中电流控制装置的结构图。

图中，1、氩气进口，2、猪尾管，3、密封法兰，4、下集气管，5、密封纸，6、胶带纸，7、转 化管，8、排气口，9、氩气输送软管，10、输气总管，11、热风管，12、上升管外伸段，201、钳头， 202、销，203、把手，204、绝缘套，205、按钮，206、锁紧器，207、按钮接触板，208、充电电池， 209、充电线圈，210、电缆线，211、摇把，212、丝杆，213、铁芯，214、线圈，215、第一齿轮，216、 第二齿轮，217、电机，218、电源，219、无线接收器。

具体实施方式

异地拆建天然气蒸汽转化炉炉管施工方法，包括下集气管拆卸、下部支撑拆卸、下 集气管焊口的坡口加工、下集气管组对焊接、上升管焊口的坡口加工、上升管组对焊接、猪 尾管焊接。

下集气管拆卸，将每排下集气管切割成北、中、南三段，其中北段有19根转化管、中 段有14根转化管和1根上升管，南段有19根转化管；切口位于上升管的外伸段与过渡段的焊 缝处；

本发明所述的北、南为蒸汽转化炉安装地理方位的东、南、西、北。中为北、南之间。

下部支撑拆卸，调平对齐焊口

调整顶部的承吊弹簧，对承吊弹簧下面的集气管焊口进行调平组对，拆除临时枕木支 撑，让下集气管处于水平并自由状态。

下集气管焊口的坡口加工制作

先采用空气等离子切割原焊口的大多数焊肉，再采用角向磨光机（注意要采用不锈钢 专用磨光片）彻底清除表面的氧化层及沟槽。清除坡口内壁、外壁周围20mm范围内氧化腐蚀 层厚度是0.5mm；坡口加工后进行外观检查，坡口表面不得有裂纹、分层缺陷并进行100%渗 透检测达到JB/T4730-2005中的I级合格。

坡口形式及尺寸应符合SH/T3523-1999中表3.4.1中的规定。

下集气管组对焊接

下集气管采用手工氩弧焊接，下集气管内进行充氩保护，即借用焊口邻近的两支转化 管，从一支转化管的猪尾管通入纯度≥99.96%的氩气，另外一支转化管作为出氩气气口。焊 口处用纸胶带密封，边焊接边去除纸胶带；距离下集气管管口250mm位置内壁黏贴两层水溶 性纸，水溶性纸周边与下集气管内壁黏贴，使水溶性纸径向堵住下集气管，以达到密封氩气 的作用（图1所示）；

下集气管焊接温度是900℃，焊接压力是3.5Mpa，焊接过程保持恒温恒压，焊接材料是 Incoloy-800H合金材料，填充层和面层采用直径是2.4mm的焊条；焊后将施焊部位的温度升 高至1100℃，恒温20min，然后用水冷降温。

下集气管焊口坡口加工完后，其表面经渗透检测合格后就可以进行组对焊接了。 组对前先检查上部所吊弹簧的位置是否发生变化，如有变化需进行调整，其间隙不能靠外 力强制调整，两段排管管口要自由的组对。

组对焊接时，采用手工氩弧焊，管内必须进行充氩保护，以确保焊缝反面不被氧化 起渣。借用靠近焊口的两支转化管，从一支转化管的猪尾管通入纯度≥99.96%的氩气，另外 一支转化管作为出气口。焊口处用纸胶带密封，边焊接边去除；管口进入250mm内壁用棉纱 清理干净，将成形好的水溶性纸用浆糊粘贴在内壁上，最好贴两层，以达到密封氩气的作 用。

待转化管下集气管焊接完毕后，根据转化管弹簧调整方案，同时旋动每排炉管所 有弹簧提升整排竖琴管（此时上升管的重量始终是由临时滑轮机构的配重提升），留好上升 管与输气总管之间的组对间隙，然后对弹簧进行第二次调整。对下集气管的标高和水平度 再次进行检查，使弹簧指针尽量回到原标记处，下集气管各段的标高及水平度达到规定范 围后，就可以进行上升管外伸段与输气总管过渡段的组对焊接工作了。

上升管焊口的坡口加工制作

先采用空气等离子切割原焊口的大多数焊肉，再采用角向磨光机彻底清除表面的氧化 层。坡口加工后进行外观检查，坡口表面不得有裂纹、分层缺陷并进行100%渗透检测达到 JB/T4730-2005中的I级合格。坡口形式及尺寸应符合SH/T3523-1999中表3.4.1中的规定。

上升管组对焊接

上升管坡口加工完，其表面经渗透检测合格后就可以进行组对焊接了。组对前先检查 上部所吊弹簧的位置是否发生变化，如有变化要进行调整。

组对焊接时，管内必须进行局部充氩保护。拆除输气总管107D东端法兰盖，进入到 DN500的内衬管内，从上升管与107D内衬管三通处插入通氩气的塑料软管，软管管头放至焊 口以下上升管内的水溶性密封纸附近。焊口处用纸胶带密封，边焊接边去除；管口进入 200mm左右内壁用棉纱清理干净，将成形好的水溶性纸用浆糊粘贴在内壁上，最好贴两成， 以达到密封氩气的作用，如图2所示。由于焊口的位置限制，需从两侧的烟道开1000×650方 孔，以便施工（施工结束后恢复）。

上升管焊接温度是920℃，焊接压力是3.5Mpa，焊接材料是Incoloy-800H合金材 料，焊丝牌号是ERNiCr-3。

在坡口边缘20mm范围内不得有油漆、毛刺、及其它对焊接有影响的物质，并采用有 机溶剂（丙酮）清洗，待溶剂挥发后方可进行组对和定位焊。

管口组对时，其内壁应平齐，内壁错边量不大于0.5mm。

进行定位焊接时焊缝背面也进行冲氩保护，定位焊缝的长度为10～15mm，定位焊 缝对称均匀分布不少于3点，正式焊接前将定位焊缝两端磨削成便于引弧的斜坡。

管内充氩气开始时流量加大，确认管内空气完全排除后方施焊；从定位焊到焊接 完毕整个过程需一直充氩，但焊接时充氩气流量逐步降低，以避免充氩气压力较高而造成 焊缝背面在成形时出现内凹或根部未焊透现象。

猪尾管焊接，即用猪尾管专用焊接工具将猪尾管与转化管焊接。

图3所示，猪尾管专用焊接工具包括手持绝缘套204、把手203、钳头201，手持绝缘 套204内设置电流调节器；电流调节器与电流控制装置通过无线遥控器连接；

无线遥控器由无线接收器与无线发射器组成；无线接收器与无线发射器通过NEC协议 通讯。

所述电流调节器由按钮205、锁紧器206、按钮接触板207、充电电池208、充电线圈 209组成，按钮连接按钮接触板，充电电池连接充电线圈，充电线圈连接电缆线，锁紧器设置 在按钮的一侧；锁紧器由滑槽、滑板、弹珠组成，滑板设置在滑槽内，滑槽固定在绝缘套上， 滑槽设有弹珠，滑板上设有缺口槽，滑板向上推，当滑板上的凹槽滑到弹珠位置时，弹珠弹 出卡在缺口槽内，将滑板锁紧。

图4所示，所述电流控制装置由摇把211、丝杆212、铁芯213、线圈214、第一齿轮 215、第二齿轮215、电机217、电源218组成，丝杆的一端连接摇把，丝杆的另一端通过螺纹连 接铁芯，铁芯设有螺纹通孔，铁芯可以在线圈内移动，线圈固定在电焊机壳体上，第一齿轮 安装在丝杆上，第二齿轮与第一齿轮啮合，第二齿轮安装在电机的输出轴上，电机连接电 源，电源连接无线接收器219。

猪尾管与转化管之间的焊接材料的质量百分比是铝为20%，氧化铁为60%，锰为2%， 铬为0.6%，硅为1%，钼为0.4%，余量为铁。

焊接参数：焊接电流：5~6安培，维弧电流：2.4安培，焊接速度：8~9mm/s，离子气流 量：0.2~0.3L/min，压缩喷嘴孔径：0.8~1mm，压缩喷嘴到焊缝之间的距离：1.2mm。

猪尾管与转化管之间的焊接施焊要求

（1）除打底焊外其余焊层宜采用多层多道焊；

（2）层间温度小于100℃；

（3）每一层每一道焊完后均彻底检查，并消除各种表面缺陷；

（4）各层各道的焊接接头要错开；

（5）焊接采用小线能量、短电弧、不摆动或小摆动的操作方法；

（6）焊丝的加热端始终在氩气保护之下。